Прежде чем поговорить об устройстве, работе и диагностике лямбда- зонда, обратимся к некоторым особенностям работы топливной системы. Нам поможет в этом эксперт журнала, Федор Александрович Рязанов, диагност с большим стажем работы, руководитель курсов обучения диагностов в компании «ИнжКар».
Современный автомобилист хочет владеть мощным, но в тоже время экономичным автомобилем. У экологов другое требование – минимальное содержание вредных веществ в выхлопе машины. И в данных вопросах интересы автомобилистов и экологов в итоге совпадают. И вот почему.
Известно, что когда двигатель не сжигает все топливо, расход горючего возрастает, растут затраты и на эксплуатацию автомобиля. Мощность двигателя (или ДВС) в условиях неполного сгорания топлива неизбежно падает, а крутящий момент снижается. Одновременно с этим увеличивается уровень вредных веществ в выхлопе автомобиля.
В этой связи одной из основных задач современного автомобилестроения является максимально полное сжигание топливной смеси в двигателе.
На сжигание смеси прямым образом влияет ее состав. Идеальной ситуацией является стехиометрический состав топлива. Говоря более простым языком, должна быть соблюдена пропорция – на 14,7 кг воздуха должен приходиться 1 кг топлива. Именно такое соотношение позволяет оптимально использовать и то, и другое. Владелец автомобиля получает больший крутящий момент и, как следствие, - адекватное ускорение автомобиля, равномерную работу двигателя во всех режимах работы. Также падает расход топлива, и автомобиль перестает загрязнять окружающую среду.
Отклонения от правильного состава топливной смеси – богатая и бедная смесь. Богатая топливная смесь образуется, когда в цилиндрах мало кислорода, но много топлива, которое, конечно же, из-за недостатка кислорода, полностью сгореть не сможет. Следовательно, автомобиль, работающий на богатой смеси, будет больше расходовать топливо, а избыток несгоревшего топлива, в этом случае, охладит камеру сгорания, мощность двигателя при этом будет падать, несгоревшое топливо попадет в атмосферу, загрязняя ее.
Другая ситуация: двигатель получает обедненную топливную смесь. В этом случае топливо в цилиндрах будет сгорать не полностью из-за недостатка топлива. Об экономичности, ради которой и разрабатывались такие двигатели, в этом случае также придется забыть. Ведь бедная смесь плохо горит, и это автоматически приводит к падению крутящего момента. Водителю приходится больше нажимать на газ, что в свою очередь, ведет к перерасходу топлива.
Таким образом, понятно, что со всех аспектов только стехиометрия топливной смеси (пропорция 14,7/1) является самым оптимальным режимом работы двигателя. И, конечно же, автомобиль, который только-только сошел с конвейера, обычно, укладывается во все рамки этого критерия. Но и «заводская» настройка может отличаться от идеала. Более того, в процессе эксплуатации автомобиля неизбежно наступает износ некоторых компонентов, датчики, отвечающие за настройку топливной системы, могут терять точность настроек. В итоге состав топливной смеси все больше уходит от идеальных показателей.
В этом случае как раз и необходим лямбда- зонд, он фиксирует количество кислорода в выхлопе автомобиля. И если в выхлопе окажется большое количество кислорода, это «сигнализирует» о бедной топливной смеси и, наоборот, если в выхлопе нет кислорода, это указывает на то, что смесь стала богатой. А мы уже выяснили, что и в том, и в другом случае уменьшается мощность двигателя, растет расход топлива, снижается экологичность выхлопа. Задача лямбда-зонда как раз и заключается в том, чтобы скорректировать эти отклонения.
Возьмем в качестве примера такую ситуацию: в топливной системе засорились форсунки, их производительность снизилась, смесь стала обедненной. Лямба-зонд фиксирует этот факт, а блок управления топливной системой реагирует на эту информацию и «доливает» немного топлива в цилиндры. Так происходит корректировка возникающих отклонений с учетом показаний этого датчика.
Таким образом, основное назначение лямбда- зонда заключается в том, чтобы компенсировать неизбежно возникающие в процессе эксплуатации автомобиля отклонения в составе топливной смеси.
Однако нужно понимать, что лямбда-зонд как таковой не является панацеей от всех бед, он лишь позволяет вернуть состав топливной смеси в состояние стехиометрии. Но это не устранение дефектов, а только их компенсация.
Вернемся к нашим форсункам. При загрязненных форсунках нарушается эффективность распыления бензина, топливо распыляется крупными каплями, испаряются они с трудом. И система топливоподачи рассчитывает тот объем топлива, который необходим для достижения состояния стехиометрии, для этого фиксируются показания датчика расхода воздуха. Однако если бензин в системе выпрыскивается крупными каплями, его пары полностью не смешиваются с воздухом, часть паров сгорает, а часть капель бензина попросту вылетает в выхлопную трубу. Лямбда-зонд трактует такую ситуацию как бедную смесь, а датчик топливной системы, который «не видит» отдельные капли бензина, добавляет топлива, чтобы привести смесь в состояние стехиометрии. Но в этом случае, резко повышается расход топлива.
Поэтому для работы лямбда-зонда важен не фактор того, как система справляется с выводом смеси на стехиометрию, а фактор того, какой «ценой» ей удается это сделать.
Рассмотрим осциллограмму работы лямбда- зонда. Датчик сам по себе не может отличить состояние стехиометрии от состояния богатой топливной смеси, так как и в том, и в другом случае кислорода в выхлопе нет. При отсутствии кислорода в топливе блок управления (ЭБУ – электронный блок управления) немного уменьшает количество подаваемого в цилиндр топлива. Как следствие, в выхлопе появляется кислород.
И в этом случае показания лямбда-зонда находятся ниже отметки 0,4 В, что для датчика является признаком того, что топливная смесь обеднела (LEARN). При низких показателях лямбда-зонда (ниже 0,4 В), блок управления увеличивает подачу топлива на несколько процентов, смесь становится богатой и показания датчика достигают уровня выше 0,6В. ЭБУ воспринимает это как признак того, что в топливной системе находится богатая смесь (RICH). Подача топлива уменьшается, показания лябда-зонда падают, цикл повторяется - состав смеси начинает колебаться. В такт изменению состава смеси меняются показания лямбда-зонда. Такие колебания ЭБУ понимает как нормальное явление, указывающее на то, что состав топливной смеси находится в зоне стехиометрии.
Вспомним также, что в катализаторе автомобиля обязательно есть цирконий, этот металл способен накапливать кислород. И в фазе бедной смеси кислород запасается в катализаторе, а в фазе богатой смеси он расходуется. В результате на выходе топливной смеси катализатор дожигает все ее остатки.
На холостом ходу такие колебания возникают с частотой одно колебание примерно в одну секунду. Время такого переключения – еще один важный показатель для лямба-зонда. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 1) время переключения составило 88 мс, при этом нормой является – 120 мс.
Если переключение длится долго, как в случае нашей осциллограммы (см. осциллограмму, Рис. 2) – 350 мс, да к тому же такая ситуация повторяется многократно, блок управления выдаст ошибку: «замедленная реакция лямбда-зонда».
Величины, при которых появляется эта ошибка, определяются, главным образом, настройками программного обеспечения блока управления.
Таким образом, для диагностики по лямбда-зонду необходимо изучить фазы переключения датчика. И если на осциллограмме появится хотя бы одно переключение с низкого показания на высокое (максимальное – 1В, минимальное – 0В), это значит, что лямбда-зонд работает исправно. Исправный датчик делает примерно одно переключение в секунду. Напомним, что в алгоритме работы блока управления о бедной смеси «сигналят» показания лямбда-зонда ниже 0,4В, а о богатой – выше 0,6 В. Поэтому оценить состояние топливной системы автомобиля можно и по работе датчика. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 3) блоку управления удалось скомпенсировать все дефекты и вывести стехиометрию.
Вернемся к примеру с загрязненными форсунками. При обедненной смеси показания лямбда-зонда падают ниже 0,4В. Блок управления добавляет топлива до того момента, когда смесь станет богатой. Отметим, что в этом случае блок управления «самостоятельно» отклонился от установленных заводом-изготовителем в его карте параметров. Величину отклонения он записывает в своей памяти как топливную коррекцию (fuel trime). Предельно допустимые показатели топливной коррекции для большинства современных автомобилей составляют ±20-25%. Коррекция в «плюс» означает, что блоку пришлось добавлять топлива, коррекция в «минус» - наоборот, убавлять.
Допустим, неисправность носит долговременный характер: блок управления уже дошел до предела топливной коррекции, загорается код ошибки - «Превышение пределов топливной коррекции». Стерев код, исправить такой дефект нельзя, а наличие этой неисправности повлечет за собой перерасход топлива. Стоит отметить, что уже на 15% топливной коррекции обнаруживаются проблемы: автомобиль почти не едет, но расходует большое количество топлива.
То есть важно помнить, что показатель топливной коррекции и работа лямбда-зонда – это комплексный параметр, он указывает на наличие дефекта, но не указывает конкретную причину, которую придется найти и устранить на автосервисе.
И немного об особенностях строения лямбда-зонда. Такой датчик имеет циркониевую колбочку, которая одной стороной помещена в выхлопные газы. Цирконий уникальный материал, так как сквозь него может проходить кислород. Ион кислорода, «прилипая» к атомам циркония, движется по ним, при этом на циркониевом колпачке возникает напряжение. И если все идет в штатном порядке, то диффузия ионов кислорода осуществляется равномерно, и напряжение на обкладках колбочки составляет 1В. Если в выхлопе появляется кислород, диффузия невозможна, и напряжение в этом случае равно 0В. Вместо циркония в лямбда-зондах может использоваться окись титана. Отличие циркониевого лямбда-зонда от титанового заключается в том, что первый вырабатывает напряжение, а другой – меняет свое сопротивление (в переделах от 0 до 5В), и ему нужна схема, которая переводит меняющееся сопротивление в напряжение.
Слой платины на колбочке поверх циркония позволяет снять с него напряжение, играет роль катализатора, дожигает бензин и несгоревший кислород. Все ухудшается при использовании некачественного топлива, а также топливных присадок, которые в прямом смысле закупоривают слой платины и циркония, и зонд выходит из строя. Однако в этом случае, если у зонда нет физических повреждений, обычная промывка вернет его в рабочее состояние. «Современный бич» – это добавки антидетонационных присадок в топливо. До недавнего времени в качестве присадки использовался ферроцент - опасное вещество, которое мы окрестили «красная смерть» за ее красный оттенок, а также за способность быстро выводить из строя свечи, лямбда-зонды и катализатор», - отмечает Федор Александрович. Зонд может «замерзнуть» в высоком или в низком положении, то есть или в фазе богатой, или в фазе бедной смеси. И в этом случае датчик достигнет пределов топливной коррекции и прекратит попытки выравнивать состав смеси до стехиометрии.
Диагностику состояния системы топливоподачи начинаем с подключения сканера к автомобилю. Отсутствие кода «Превышение пределов топливной коррекции» еще не говорит об отсутствии дефектов в системе топливоподачи. Необходимо в потоке данных (Data Stream) убедиться в наличии колебаний лямбда-зонда (стехиометрия достигнута), а также по величине топливной коррекции оценить, какой ценой она достигнута.
Подводя итог, еще раз отметим, что при проверке лямбда-зонда необходимо обращать внимание на колебания датчика, если они есть, датчик исправен; если же система лямбда регулирования не совершает колебаний, это может указывать или на неисправность лямбда-зонда или на бедную или богатую топливную смесь. То есть сначала надо проверить сами датчики. Для этого нужно принудительно обогатить или обеднить смесь, чтобы получить колебания лямбды и убедиться в том, что он исправен.
Рассмотренные выше лямбда-зонды носят название «скачковые». Т.е. они указывают на то, есть кислород в выхлопе или нет. Но все более ужесточающиеся требования к экологии заставили производителей разработать датчики, которые способны не только работать по принципу «Да-Нет», но и определять процент кисло- рода в выхлопе. Такие датчики получили название «широкополосные датчики кислорода».
Принципы их работы и особенности диагностики автомобиля по показаниям широкополосных лямбда-зондов будут рассмотрены в следующих публикациях.
МНЕНИЕ
Максим Пастухов, технический специалист компании «ДЕНСО Рус»: «Практика показывает, что основными причинами выхода из строя лямбда зондов являются: 1. Загрязнение лямбда-зонда продуктами сгорания топлива. Фактически это присадки, которые используются для повышения октанового числа бензина, устранения детонации или для других целей. Также на это влияет степень очистки топлива. Присадки, сера и парафины «закупоривают» проводящий слой лямбда-зонда, и он «слепнет». Блок управления переводит двигатель в аварийный режим, и мы видим на приборной панели значок «Проверьте двигатель». Кстати, от вышеописанных вещей страдают также свечи зажигания, клапаны, катализатор и др. компоненты двигателя. Имеет смысл комплексно подходить к ремонту, если лямбда-зонд вышел из строя. 2. Агрессивная смесь, которой посыпают наши дороги. Она разъедает изоляцию проводов и сами провода. Мы для защиты от этого используем двойную изоляцию проводов, а также прячем место сварки проводов с датчиком внутрь лямбда-зонда».
Существует множество неисправностей автомобиля, из-за которых дальнейшая эксплуатация транспортного средства становится проблемной. К таким неисправностям относится ошибка работы автомобиля с номером Р0171 или 0171. Эти номера свидетельствуют о наличии переобедненной смеси. Причины бедной смеси на инжекторе довольно разнообразны. Прежде всего необходимо посмотреть на состояние машины во время использования бедной смеси.
Признаки бедной смеси
Ошибка высвечивается на экране БК. Это говорит о том, что количество топлива в воздушно-топливной смеси значительно меньше, нежели воздуха.
Наличие проявляется в виде или задержкой при резком нажатии на педаль газа. В иных случаях двигатель может троить или полностью прекращать свою работу при холостых оборотах. Помимо этого, в момент разгона транспортное средство дергается, а звук двигателя совсем иной и отличается от звука мотора при нормальной работе. Работа силового агрегата при использовании бедной смеси совсем не стабильна.
Нормы показателя смеси и возможные последствия
Для автомобилей со стандартом "Евро-2" и выше на двигателях стали устанавливать специальный датчик - лямбда-зонд. Он контролирует качество производимой смеси. По стандарту установлено, что на одну часть топлива приходится 14 частей воздуха. Если же будет минимальное отклонение на 0,25, бортовой компьютер выдаст ошибку о бедной смеси. При поступлении переобедненной смеси в двигатель появляются не только провалы в работе, но и возможность перегрева двигателя. Скорость набора оборотов достаточно низкая. Помимо этого, если не проводить качественную диагностику и не устранять причину образования бедной смеси, то последствия станут гораздо плачевнее:
- перегрев силового агрегата;
- прогорание поршневых колечек;
- прогорание клапанов;
- низкая тяга двигателя;
- прогар поршней;
- увеличенный расход ГСМ и охлаждающей жидкости.
Причины и как определить их
Причины бедной воздушно-топливной смеси (инжектор) довольно просты и кроются в работе автомобиля. Определить же их можно с помощью диагностики двигателя. В первую очередь наличие таковой видно по отложениям на свечах.
Также причины бедной смеси на инжекторе связаны с неисправностями в системе впрыска топлива. Она отвечает не только за подачу горючего в силовой агрегат, но и за правильное приготовление воздушно-топливной смеси. В таком случае, может быть, проблема связана с настройкой подачи топлива либо воздуха. Из-за этого и происходит переобеднение смеси. Для решения проблемы автовладельцу стоит обратиться за помощью к специалистам, так как сбой системы впрыска может охватывать неисправности датчиков, неправильную регулировку углов дроссельной заслонки. Также это бывает слет части прошивки на ДВС. Стоит помнить, что состав смеси может измениться на некоторые значения лишь на минимальное короткое время. В противном случае необходимо искать проблему и устранять ее.
Что делать при ошибке
Причины бедной смеси на инжекторе (ВАЗ 2110 в том числе) при их обнаружении можно устранить и самостоятельно, однако лучшим решением будет отогнать транспортное средство в специализированную мастерскую, где автомеханики проведут качественную диагностику и смогут обнаружить другие неисправности в работе транспортного средства. Обращаться на СТО стоит и потому, что большинство водителей попросту не умеют контролировать и настраивать состав создаваемой воздушно-топливной смеси. Как правило, на инжекторных двигателях и на карбюраторных данная возможность у автовладельца имеется. В качестве примера стоит привести регулировку угла открытия дроссельной заслонки. Для этого достаточно изменить положение стопорного кольца, поочередно перемещая его по специальным пазам заслонки.
Самостоятельная регулировка
Большинство водителей очень рады, что умеют регулировать угол положения дроссельной заслонки, так как они полностью уверены, что с помощью этого произойдет регулировка расхода топлива. Помимо этого, некоторые прибегают к прошивке электронного блока управления транспортным средством. Чтобы не выводить из строя некоторые агрегаты или ЭБУ, стоит обратиться за помощью к квалифицированным мастерам, которые смогут с помощью специальных программ, без влияния на качество смеси, улучшить некоторые показатели автомобиля. В противном случае растет риск «убить» двигатель своего транспортного средства. Таким образом образуется бедная смесь на инжекторе, причины (2114 не исключение) которой кроются в самостоятельной регулировке углов или вмешательстве неопытного автовладельца в работу системы двигателя.
Неисправность топливной системы
Другие причины бедной смеси на инжекторе заключаются в неправильной работе автомобиля. Как правило, нарушения в работе происходят из-за низкокачественного горючего, которое заливается на малоизвестных АЗС. К одному из вариантов нестабильной работы двигателя и образования бедной смеси стоит отнести забитые топливные элементы автомобиля. В таких случаях наблюдается пропуск в работе двигателя. В результате автомобиль может дергаться. Чтобы этого не произошло, необходимо приобретать горючее только с проверенных заправочных станций. Также следует производить своевременную замену обоих топливных элементов. Помните, что один фильтр представлен на инжекторе в виде сеточки и устанавливается непосредственно в топливный бензонасос. Второй элемент находится чаще всего недалеко от бака на днище автомобиля, реже - в подкапотном пространстве. Чтобы избежать переобеднения смеси, необходимо их менять с периодичностью не реже, чем один раз на 40 000 км. Иногда данный показатель может быть ниже, так как все зависит от качества бензина.
Забитые форсунки
Если не проводить вовремя смену топливных элементов системы автомобиля, может образоваться бедная смесь на инжекторе, причины которой будут крыться в неправильной работе форсунок. То есть горючее поступает, но подается в достаточно низком количестве. Форсунка представляет собой специальное устройство, относящееся к системе впрыска автомобиля. Различают множество элементов: электромагнитная, электрогидравлическая или пьезогидравлическая. На автомобилях с бензиновыми двигателями используются электромагнитные детали.
Причина неисправности заключается в следующем. Не замененные вовремя топливные фильтры со временем начинают пропускать горючее вместе с посторонними веществами, не проводя качественную очистку. Так как у иглы и сопла форсунок отверстия достаточно маленькие, то поступающее топливо с посторонними загрязняющими элементами образуют на стенках отложения, из-за чего и так маленький диаметр пропуска топлива уменьшается еще сильнее. В итоге в двигатель не поступает необходимое количество топлива и происходят проблемы с бедной смесью.
Для решения проблемы можно провести восстановление прежнего впрыска которая проводится только с использованием специального оборудования.
Кстати, чтобы избежать загрязнения и форсунок, следует проводить очистку топливного бака с небольшой периодичностью, так как там имеется большое накопление грязи, песка или других веществ.
Другие причины и методы решения
В системе образуется бедная топливная смесь на инжекторе. Причины могут быть различные. Например, она может образоваться из-за наличия с посторонних предметов, поэтому следует произвести осмотр патрубков и шлангов, что идут от воздушного фильтра на плотную герметизацию.
Другой причиной может быть трещина впускного коллектора. В итоге придется произвести его замену. Стоимость данной детали достаточно высока. Помимо этого, воздух подсасывается и с места датчика ХХ. Стоит произвести проверку уплотнительного кольца на месте установки.
Неопределенные причины
В иных ситуациях бывает, что образуется у автомобиля ВАЗ 2107 на инжекторе бедная смесь, причины этого совсем неизвестны. Проведенная диагностика указывает на наличие неисправности с бедной смесью, но не позволяет определить причину, которая привела к ее образованию. В таком случае придется искать наобум - просматривать все системы.
Во-первых, причины бедной смеси на инжекторе могут быть вызваны отложениями грязи на соединительных штекерах, что препятствует качественной работе двигателя. Также следует произвести осмотр подходящих патрубков на предмет пропуска ими воздуха. Также необходимо произвести промывку самого инжектора, так как из-за некачественного бензина на стенках внутри образуется сильный нагар.
В данной статье были рассмотрены все основные причины, которые влияют на образование бедной смеси, благодаря чему водитель расширит свой кругозор и сможет в иных случаях произвести ремонт самостоятельно. Если же вы начинающий автолюбитель, не стоит без опыта производить ремонт, лучше отправить автомобиль на диагностику в СТО. И самое главное - помните, что своевременное устранение проблемы позволит увеличить срок службы вашего агрегата.
Может кому-то пригодится . Авто Toyota Carina II (европейка), 4A-FE LB, 1.6л, механика. Приказал долго жить датчик обедненной смеси (sensor, lean mixture), код 21, 89463-29035 (внутренняя заводская маркировка 89463-20050 NG 192500-0200). За такой же попросили ~17K р. + ждать до 2-х месяцев, пока привезут. После долгих поисков и чтения инфы в инете, был выбран датчик 89463-29045, который был доставлен за 1,5 недели + 8К р. Разъем, естественно, не подошел, пришлось срезать со старого. Провода не паял, а скручивал и изолировал термо-усадочной трубкой (по-моему так называется). Механически все подошло, нигде ничего не надо было подгонять. Поставил новую прокладку (была в комплекте), установил датчик, произвел "reset" у EFI. Код 21 не появился. Субъективно и движок стал работать как-то по-другому, мягче, особенно, когда обороты за 2-3 тысячи. Расход замерить еще не удалось, т.к. все в стадии тестирования поведения, но видно, что по городу меньше 10 литров.
Предыстория . За прошедшую зиму прогревочные обороты выросли примерно до 3-х тысяч, расход по городу где-то 12-15 л. Весной отогнал машину местному "кулибину". Он ковырялся с ней примерно пол-дня, после чего прогревочные стали в районе 1600 об., сам прогрев занимает от 5 до 15 минут (если стоять) в зависимости от минуса на улице. После прогрева обороты падают до положенных 700-800 об. и чуть-чуть "плавают" (визуально по тахометру плюс-минус 30 об.), при езде машина не тупит и, вообще, ведет себя нормально. Сам "кулибин" не сознался, чего делал (видимо это его ноу-хау), намекнул, что почистил какую-то штуку, которая расположена в магистрали охлаждающей жидкости в районе дроссельной заслонки, предупредил, что моя лямбда в нерабочем состоянии. Кинулся я искать, чего есть на мой движок на екзисте и почем. В итоге выяснилось, что у меня движок - европейский вариант Lean Burn с одним датчиком обедненной смеси и без датчика кислорода.
Кстати, перед поездкой к механику, я произвел очистку клапана обратки и БДЗ с помощью карб-клинера. Грязи было! После поездки к механику и завершения процедуры покупки нового датчика, было произведены замена масла с фильтром и охлаждающей жидкости. Перед установкой нового датчика было замечено следующее: утренний завод - нормально, поездка на работу - тоже, если были дневные поездки - наблюдалось падение оборотов до 400-500 после заводки (далее в течение 1 мин. обороты выходили на прогревочные) и на светофорах, особенно, если на улице большой "плюс". На следующий день - такая же ситуация. Видимо, надо проверить регулировку БДЗ и свечи.
А вообще, за весь срок эксплуатации (с 1998 года) данного авто, я под капот особо не залезал, менял расходники в нужное время и пару раз меняли прокладку головки цилиндров: первый раз - наследие предыдущего хозяина (у него чего-то текло, чего-то менялось или нет - не понятно) на китайскую "толстую" (болотно-зеленого цвета), предупредили, что долго не проходит, так есть, примерно на 7000 км. появился "пробой" прокладки между 2-м и 3-м цилиндрами шириной около 1 см, итог - вторая замена уже на оригинал (черного цвета, "тонкая"), уже 3-й год ходит, вроде без проблем. Оба раза - со шлифовкой головки.
Сейчас борюсь с "затемнением" в головном свете, вроде отражатели грязные.
Вот такой опыт. Всем удачи и скорейшей и качественной победы над недугами стальных коней.
